一种LTE-IEEE802.11p混合网络协议切换方法技术

本发明专利技术提供一种LTE‑IEEE802.11p混合网络协议切换方法，包括以下步骤：提取车辆在当前行驶环境下的QoS指标，并更新QoS模型；根据更新后的QoS模型计算理论切换点；根据车辆速度和GPS定位精度计算围绕理论切换点的预警区间；车辆进入理论切换点的预警区间，则开始协议切换。本发明专利技术从LTE和IEEE802.11p协议的本身出发，深入研究其QoS特点从而得到本方法，进而克服了单一协议与V2I通信要求不匹配的弊端，有效保证在QoS导向系统中，最大满足V2I通信的需求。

A Handoff Method of LTE-IEEE802.11p Hybrid Network Protocol

【技术实现步骤摘要】
一种LTE-IEEE802.11p混合网络协议切换方法
本专利技术涉及通信
，具体而言，尤其涉及一种LTE-IEEE802.11p混合网络协议切换方法。
技术介绍
近年来5G网络在全球范围内兴起，为我们提供了更加便捷、安全的生活方式，尤其是构建了时间敏感型服务所需要的超低延迟通信环境。智能交通系统(ITS)是5G技术的一个重要应用领域，它有助于改善驾驶体验(例如车载多媒体服务)和提高驾驶安全性(例如避免碰撞)。ITS研发关键是如何实现车辆与车辆(V2V)或车辆与基础设施(V2I)之间的高质通信，保证安全相关信息的有效传输，例如用于车道变换、制动、拥堵控制和碰撞避免的网络消息。相比之下，V2V能够及时地实现车辆交换状态相关的本地信息，而V2I则受限于供应商、制造商的支持，由此存在巨大的利润空间。V2I采用集中式的控制方式，可用于收集和分析城市交通信息，辅助交通系统的全局设计和控制。在过去十多年中，业界众多研究人员努力寻求合适的V2I通信框架。目前主流的V2I通信解决方案包括IEEE802.11p和LTE-V。前者是IEEE提出的用于车辆通讯的协议，衍生自802.11系列，因此，它依然具有802.11系列协议所固有的缺点，例如，隐藏终端问题，低容错率(高车辆密度条件下的质量下降，例如每公里100辆车)。LTE-V是由中国移动服务提供商和汽车制造商提出的，旨在采用已有的通信基础设施，尽可能少的修改现有的通信结构。相比802.11p网络，它具有更大的覆盖范围，丰富的应用程序和成熟的技术，以及可以同时支持更多的用户/车辆。然而，它在信道接入和通信期间由于频繁的握手协议而引起的相对长的通信延迟是LTE网络不可忽视的缺点。综合考虑802.11p和LTE网络的优点，构建二者结合的混合网络不失为一个可行的解决方案。但对于混合网络而言，首要问题就是在特定的应用或环境条件下，车辆应该使用哪个网络以及如何在这两个网络之间实现无缝切换。一些研究者基于无线辐射的路径损耗模型开发了基于位置的切换算法，也有研究者利用发送功率或者信号强度等无线参数开发了切换算法。然而，对于V2I来说，通信时延是一个极其关键的因素，而这种功率导向的度量却不能准确的判断车辆通信中的QoS性能。针对上述问题，需要一种更加直观的切换算法来达到最好的QoS性能。
技术实现思路
针对上述提到的现有通信协议切换方法不能平衡切换导向度量与车辆通信中QoS性能的技术问题，本专利技术提出了一种基于5G通信框架且适用于LET-IEEE802.11p混合网络的通信协议切换方法，使系统达到最优QoS性能。本专利技术的技术方案如下：一种LTE-IEEE802.11p混合网络协议切换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100、提取车辆在当前行驶环境下的QoS指标，并更新QoS模型；步骤S200、根据更新后的QoS模型计算理论切换点；步骤S300、根据车辆速度和GPS定位精度计算围绕理论切换点的预警区间；步骤S400、车辆进入理论切换点的预警区间，则开始协议切换。进一步地，所述步骤S200中所述根据更新后的QoS模型计算理论切换点包括：步骤S210、分别建立LTE和IEEE802.11p协议下的QoS模型；步骤S220、根据LTE协议下的QoS模型和IEEE802.11p协议下的QoS模型计算理论切换点。进一步地，所述步骤S220中所述根据LTE协议下的QoS模型和IEEE802.11p协议下的QoS模型计算理论切换点包括根据以下公式计算理论切换点：(x*,y*)＝argmin|F(x,y)-G(x,y)|其中(x*,y*)为理论计算的切换点，F(x,y)为LTE协议下的QoS模型，G(x,y)为IEEE802.11p协议下的QoS模型，x为由车辆密度和通信距离构成二维向量，y为车辆在当前行驶环境下的QoS指标。进一步地，所述步骤S300中根据车辆速度和GPS定位精度计算围绕理论切换点的预警区间包括根据以下公式计算预警区间：Ralertzone＝V×TalertzoneTalertzone＝max(Tswitch,TGPS)TGPS＝S/V其中Ralertzone为预警区间的宽度，Talertzone为切换延迟，V为车辆当前的平均速度，TGPS为GPS精度带来的切换延迟,Tswitch为通信的物理硬件完成协议切换所带来的延迟，S为GPS的定位精度。进一步地，所述步骤S100中提取车辆在当前行驶环境下的QoS指标，并更新QoS模型包括：利用高斯过程回归算法通过对计算得到的离散QoS指标进行拟合得到任意密度和通信距离下的QoS模型。进一步地，在所述步骤S100前，还包括：步骤S000、收集当前行驶环境数据，包括收集车辆位置数据、当前道路车辆密度数据、车辆与基础设施的通信距离、以及GPS定位精度。本专利技术的有益效果在于：本专利技术从LTE和IEEE802.11p协议的本身出发，深入研究其QoS特点从而得到本方法，进而克服了单一协议与V2I通信要求不匹配的弊端，有效保证在QoS导向系统中，最大满足V2I通信的需求。基于上述理由本专利技术可在智能交通领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图1为本专利技术切换方法流程图。附图2为LTE和IEEE802.11p的QoS性能概念图。附图3为LTE和IEEE802.11p的QoS性能的二维仿真俯视图及其理论切换点。附图4为LTE-IEEE802.11p的混合网络切换协议的切换过程。附图5为LTE-IEEE802.11p的5G切片SDN框架图。附图6为LTE-IEEE802.11p的混合网络切换协议说明图。附图7为仿真实验的场景。附图8仿真实验中的具体参数设置表。附图9为本混合网络切换协议同传统的基于RSS值的切换算法的对比图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。LTE网络通常用来提供大容量和高可靠性的移动服务，因此它具有更大的覆盖区域并且能够支持更多的车辆数量，因此，在高车辆密度的情况下LTE优于IEEE802.11p网络。然而，由于LTE网络信道接入需要执行握手协议，因而在低车辆密度的情况下，LTE网络的平均通信延迟大于802.11p网络(例如，高速公路场景)。802.11p网络的信道接入过程不采用握手协议，而是使用具有冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)机制在发送数据包之前检测信道是否空闲。如果通道不可用，则车辆需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LTE‑IEEE802.11p混合网络协议切换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100、提取车辆在当前行驶环境下的QoS指标，并更新QoS模型；步骤S200、根据更新后的QoS模型计算理论切换点；步骤S300、根据车辆速度和GPS定位精度计算围绕理论切换点的预警区间；步骤S400、车辆进入理论切换点的预警区间，则开始协议切换。

【技术特征摘要】
1.一种LTE-IEEE802.11p混合网络协议切换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100、提取车辆在当前行驶环境下的QoS指标，并更新QoS模型；步骤S200、根据更新后的QoS模型计算理论切换点；步骤S300、根据车辆速度和GPS定位精度计算围绕理论切换点的预警区间；步骤S400、车辆进入理论切换点的预警区间，则开始协议切换。2.根据权利要求1所述的切换方法，其特征在于，所述步骤S200中所述根据更新后的QoS模型计算理论切换点包括：步骤S210、分别建立LTE和IEEE802.11p协议下的QoS模型；步骤S220、根据LTE协议下的QoS模型和IEEE802.11p协议下的QoS模型计算理论切换点。3.根据权利要求2所述的切换方法，其特征在于所述步骤S220中所述根据LTE协议下的QoS模型和IEEE802.11p协议下的QoS模型计算理论切换点包括根据以下公式计算理论切换点：(x*,y*)＝argmin|F(x,y)-G(x,y)|其中(x*,y*)为理论计算的切换点，F(x,y)为LTE协议下的QoS模型，G(x,y)为IEEE802.11p协议...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘倩，杜伟强，谭国真，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21